色之謎———物理學的進化

首先解釋自然界中這麼多的色的不是別人,又是天才的牛頓。這裡引牛頓自己描寫他的一個實驗的一段話: 在1666年初(那時我正在磨製球面玻璃以外的其他形式的光學玻璃),我做了一個三角形的玻璃稜柱鏡,利用它研究色的現象。為了這個目的,我把房間弄成漆黑的,在窗戶上做一個小孔,讓適量的日光射 進來,我又把稜鏡放在光的入口處,使光能夠折射到對面的牆上去。當我第一次看見由此而產生的鮮明的強烈的光色時,使我感到極大的愉快。

色之謎———物理學的進化

從太陽射來的光是“白”的。透過稜鏡以後,它便現出可見世界中存在著的所有的色。自然界本身在虹霓的美麗的色中也表現出同樣的結果。自遠古以來,人們就企圖解釋這種現象。聖經中說虹霓是上帝與人類訂盟約的一個印章,在某種意義上來說,這也算是一種“理論”。不過它不能圓滿地解釋何以虹霓會常常發生,而且總是與雨有連帶關係。在牛頓的偉大的著作中才首先用科學的方法攻破了色之謎,而且對虹霓作了解釋。

虹霓的一條邊總是紅的,而另一條邊總是紫的。在這兩條邊之間排列著所有其他的色。牛頓對這種現象的解釋是這樣的:在白光中已經存在了各種色。所有的色混在一起越過星際空間和大氣而呈現白光的效應。白光可以說是不同色的各種微粒的混合體。在牛頓的實驗中,稜鏡把它們各自分開了。根據力學理論,折射是由於從玻璃的粒子所發出的力作用在光的粒子上所致。這些力對不同的色的微粒所貢獻的作用也不同,對紫色的力最大,而對紅色的力最小。因此在光離開稜鏡以後,每種色的微粒就會沿著不同的路線折射而互相分開。而在虹霓中,雨點的作用便等於稜鏡的作用。現在光的物質論比以前更復雜了。光的物質不止一種而有很多種,不同的色就有不同的物質。可是假使這個理論有幾分真實,它的結論必須跟觀察相符。

色之謎———物理學的進化

像牛頓的實驗中所顯現的太陽的白光中的色系叫做太陽的光譜,或者更確切些說,它的可見光譜。像上面所說那樣把白光分解為它的各個組元叫做光的色散。假如上面的解釋不錯,則光譜中分開來的色可以用第二個完全校準的稜鏡再混合起來。這個過程應該恰恰和前面的相反。我們應該從前面已經分開了的光得到白光。牛頓用實驗證明,確實可以用這種簡單的方法從白光的光譜得到白光,也可以從白光得到光譜,無論要做多少次都可以。這些實驗成為光的微粒說的強大的支持力量,因為這個理論是認為每種色就有一種微粒,而各種微粒都是不變的物質。牛頓寫道: ⋯⋯那些色不是新產生的,而只是在分開以後才能使它顯現出來;因此假如再把它們混合起來,它們又會合成分開以前的那種色。同理,把許多種色混合起來所發生的變化是不真實的;因為如果這些不同種類的射線再分開了,它又會表現在進入混合以前的那種色了。你們知道,藍色與黃色的粉,假如很細緻地混合起來,則肉眼看來是綠色的,可是作為組元的那些微粒的色,卻並不因此在實際上有所變化,而只是混雜起來罷了。因為只要用一付很好的顯微鏡去看,它們還象以前一樣,仍舊是藍色粉和黃色粉互相混雜起來的。

假設我們已經把光譜中很狹窄的一個條子分離出來。這就是說,在許多色之間,我們只讓一種色通過縫隙,其餘的用屏擋住。通過縫隙的光束便會是一種單色光,就是說,不能再分解為有幾個組元的光。這是這個理論的結論,而且它很容易用實驗加以確認。這種光束,不管用什麼方法都不能進一步分解了。要獲得單色光的光源,方法很簡單。例如鈉在熾熱時就發出單色黃光。用單色光作某些光學實驗總是很方便的,因為實驗的結果會簡單得多,這是我們很可以理解得到的。

讓我們想象突然發生了一件奇怪的事:太陽只射出某一種色的,例如黃色的單色光。那地球上的種種色都會立刻消失,任何東西都是黃的或黑的了。這個預言是光的物質論的一個結論,因為新的色是不能創造的。它的有效性可以用實驗來確認:在一個只有熾熱的鈉作為光源的房內,任何東西都是黃的或黑的。地球上這麼多的顏色反映為組成白光的各種色。

色之謎———物理學的進化

參考書目《物理學的進化》(愛因斯坦和英費爾德合著)


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